DE3440235C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bandstranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl - Google Patents

Abstract

Bei einem derartigen Verfahren zum Bandstranggießen von Metallen wird die Metallschmelze (1) aus einer Vorratsmenge in einen Kristallisator (4) geregelt eingeleitet und das Gußband bzw. der Gußstrang (5) mit einer Dicke von 10 bis 40 mm geregelt ausgezogen. Um beim Stranggießen von dünnen Strängen durch Eingießen in die relativ engen Stranggießkokillen für Dünnstränge ein schnelles und möglichst gleichmäßiges Erstarren über den Dünnstrangquerschnitt zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß die Metallschmelze (1) in die Vorratsmenge zwischen 3 bis 10°C Überhitzung eingebracht wird, daß aus der Vorratsmenge zunächst diese Überhitzungsenergie abgeführt wird und daß in den Kristallisator (4) Metallschmelze (1) eingeleitet wird, die eine Gesamtviskosität des Zweiphasengebietes Schmelze/Kristall von kleiner 300 Centipoises aufweist.

Description

Auf eine Periode der Wärmeabfuhr kann daher eine Periode der Wiederaufheizung und/oder des Stillstandes, d. h. der Temperaturvergleichmäßigung erfolgen.

Die Zähflüssigkeit der Metallschmelze wird hierbei dadurch berücksichtigt, daß die Metallschmelze in der Vorratsmenge bzw. im Bereich zwischen Vorratsmenge und Kristallisator insoweit gekühlt wird, daß die Viskotität des Zweiphasengebietes Schmelze/Kristall zwischen ein und fünf Centipoises beträgt

UnterstütziSiid wirkt in der Phase der Kristallbildung innerhalb der Schmelze im Bereich der Vorratsmenge, daß die in der Vorratsmenge befindliche Metallschmelze unter Druck gesetzt wird. Hierdurch wird die Metallschmelze bei entsprechend größerer Zähflüssigkeit als sie reines Metall aufweist, zwangsweise in den Kristall!- sator transportiert

Ein anderes Verfahren zum Abführen der Überhitzungsenergie besteht darin, daß in die Vorratsmenge der Metallschmelze kühlender Schrott bzw. kühlendes Metallpulver kontinuierlich eingegeben werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dahingehend gestaltet, daß einem Kristallisator ein Sammelraum bzw. ein Verteilerbehälter vorgeordnet sind, daß ferner vor dem Sammelraum bzw~ bei einem Verteilerbehälter in dessen Umfangsbereich Mittel zum Rühren und/oder Kühlen vorgesehen sind.

Zur Vermeidung eines hohen Kristallisationsgrades vor Einbringen der Metallschmelze in den Kristallisator wird vorgeschlagen, daß zusätzliche Mittel zum Zuführen von Wärme vorgesehen sind. _

Der Wärmeentzug im Umfang der Oberhitzungsenergie wird außerdem dadurch begünstigt, daß der Verteilerbehälter im Sammelraum großflächig gegenüber der Metallschmelzenmenge dimensioniert ist

Nach der weiteren Erfindung ist vorgesehen, daß die Mittel zum Zuführen von Wärme aus einer Elektromagnctspulc bestehen.

Ein weiterer Vorschlag besteht darin, daß die Mittel zum Zuführen von Wärme aus einer induktiv betreibbaren Elektromagnetspule bestehen.

Schließlich ist eine kombinierte Kühl-Heiz-Vorrichtung vorgesehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 · einen senkrechten Querschnitt durch eine Bandstranggießvorrichtung als ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 einen senkrechten Querschnitt wie F i g. 1 als ein zweites,Ausführungsbeispiel, so

F i g. 3 einen senkrechten Querschnitt wie die F i g. 1 und 2 als ein drittes (linke Hälfte) und viertes (rechte Hälfte) Ausführungsbeispiel und

F i g. 4 einen senkrechten Querschnitt wie die F i g. 1 bis 3 als ein fünftes Ausführungsbeispiel.

Die Metallschmelze 1 (z. B. Stahlschmelze) strömt aus einem nicht weiter dargestellten Vorratsbehälter. Ein Vorratsbehälter kann aus einer Gießpfanne oder einem Zwischengefäß bestehen, an dessen Unterseite ein Ausguß 2 angeordnet ist, aus dem die Metallschmelze 1 eo entweder in einen zusätzlichen Verteilerbehälter 3 ein-gcleitet oder unmittelbar einem Kristallisator 4 zugeführt wird. Unter dem Kristallisator 4 wird jede Stranggießkokille verstanden, die der Metallschmelze die Form des Gußstrangquerschnitts überträgt und im übrigen zur Erstarrung des Gußstranges 5 Wärme abführt. Eine Stranggießkokille aus einzelnen, den Gußstrangquerschnitt bildenden Fiatten ist als solche im folgenden gesondert bezeichnet.

Gemäß F i g. 1 besteht der Kristallisator 4 aus zumindest einer an den Breitseiten des Gußstranges 5 angeordneten Folie 6 oder einem Metallband 6a. Die Folie 6 kann aus den unterschiedlichsten Werkstoffen hergestellt sein. Als Folie 6 aus Metall kommen Aluminium oder Stahl in Betracht Die Folie 6 kann jedoch auch eine Keramikfolie von z. B. 0,1 mm Dicke mit hoher Temperaturleitfähigkeit sein. Ferner kann für die Folie 6 Glasfaserfolie, Kohlenstoff-Vlies, Whisker-Folie aus C-Einkristallen in Betracht kommen. Es versteht sich, daß für diese Folie 6 auch Mischformen aus den vorstehend genannten Werkstoffen angewendet werden können. Die genannten Werkstoffe sind temperaturwechselbeständig und weisen eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Es ist außerdem zu unterstellen, daß die Folie 6 auch zusammen mit einem sie stützenden Metallband 6a verwendet wird, wobei das Metallband 6a mit der flüssigen Metallschmelze 1 oder dem äußerlich erstarrten Gußstrang 5 nicht in unmittelbare Berührung kommt Die Folie 6 verhindert in diesem Fall ein Kleben zwischen dem gekühlten Metallband 62 und d«*ir. heißen Gußstrang 5.

Im Prinzip dient die Folie 6 dazu, ein Oszillieren des Kristallisators 4 zu ersparen. Das Problem, die Metallschmelze 1 mit einer Temperatur von ca. 1500° C (Stahlschmelze) in eine enge Stranggießkokille mit einer Gußstrangdicke von ungefähr 10 bis 40 mm einzubringen, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dahingehend gelöst die Metallschmelze 1 aus dem großen Querschnitt des Verteilerbehälters 3 (bzw. einer Gießpfanne, einem Zwischengefäß u. dgL) unter Abfuhr der Überhitzungsenergie auf den jeweiligen Gießquerschnitt 7 zu führen, um jedoch dann eine vollständige Abkühlung durchzuführen. Diese Verfahrensweise geschieht im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 durch Einleiten der Metallschmelze 1 in einen mittels des Metallbandes 6a gebildeten trichterförmigen Eingang 8, wobei ein quasi stationärer Meniskus 9 entsteht, der dttrch den Radiuspfeil verdeutlicht wird. Der Verteilerbehälter 3 verteilt hierbei die Metallschmelze auf der Gußbandbreite. Für die Bildung des Meniskus' 9 sorgt ein Auslaß tO, dessen Öffnungsbreite vorteilhafterweise hier geringer ist als die Gußstrangdicke U. Über dem Meniskus 9 und dem trichterförmigen Eingang 8 wird die Mischung aus Metallschmelze 1 und Kristallen ohne nennenswerten Temperaturverlust schnell auf den Gießquerschnitt 7 bzw. auf die Gußstrangdicke 11 geführt, wo die Mischung die volle Kühlwirkung trifft, so daß sich die Durcherstarrungen 5a und 5b bilden können. Die Metallschmelze 1 ist üblicherweise gegen Reoxidation mittels einer Schlackenschicht 1 a geschützt

Das Verfahren gemäß F i g. 1 kann mit einer Folie 6 (link« Hälfte der Darstellung) und ohne eine Folie 6 (rechte Hälfte der Darstellung) ausgeübt werden. Die Überhitzungsenergie, je nach Menge der Metallschmelze I₁ wird durch Kühlvorrichtungen 50 bzw. durch Rührvorrichtungen 54 abgeführt. Der Badspiegel 51 weist hier noch Obefhitzungsenergii; auf. Auf der Liquiduslinie 52 ist diese 'Überhitzungsenergie abgeführt so daß nachfolgend über der Soliduslinie 53 sich mehr und mehr Kristalle einstellen, d. h. der Gußstrang 5 schnell in den erstarrten Zustand überführt wird. Die Kühlvorrichtung 50 und die Rührvorrichtung (Elektromagnetspule) 54 können auch in anderer Reihenfolge als gezeichnet angewendet werden. Außerdem kann zwischendurch die Elektromagnetspule 54, falls erforderlich, als Mittel zum Heizen eingesetzt werden, wobei

entsprechende elektrotechnische Hilfsmittel verwendet werden.

Gemäß einem zweiten Verfahrensvorschlag (Fig.2) wird die Metallschmelze 1 unmittelbar in den Kristallisator 4 durch den Auslaß 10 eingeleitet, wobei sich der s Auslaß 10 hier unmittelbar am Ausguß 2 befindet. Die Metallschmelze 1 fließt unter dem Druck delta ρ in den Trichter 8 und wird wie beschrieben gekühlt. Anstelle des Verteilerbehalters 3 wird hier lediglich der Ausguß 2 höheneingestellt. Die Höheneinstellung erfolgt in der to Weise bei lotrechter Zuführung der Metallschmelze 1, das sich entsprechend der gewünschten Abkühlungsbedingungen der erwähnte Meniskus 9 bildet.

Anstelle der Oszillationsbewegung dient, wie bereits gesagt, der Kristallisator 4, u. a. bestehend aus zumin- ts dest einem Metallband 6a. Über dem Kristallisator 4 bzw. einer Plattenstranggießkokille ist ein Mittel 12 angeordnet, das den Auslaß 10 aufweist Dieses Mittel 12 wird entweder durch den Aus°uß 2 oder durch den Verteilerbehälter 3 gebildet.

Der Auslaß 10 ist zu der Mittellängsachse 13 ausgerichtet, und die Folie 6 liegt jeweils auf dem Kristallisator 4 bzw. auf den Wänden einer Plattenstranggießkokille auf. In den Ausführungsbeispielen besteht der Kristallisator 4 außer aus dem Band 6a aus zylindrischen Rollenpaaren 14 und 15, deren Längen auf die jeweilige Breite des zu gießenden Gußbandes abgestellt sind. Die Folie 6 bzw. das Metallband 6a liegen satt auf den Rollen der Rollenpaare 14 bzw. IS auf. Die einzelnen Rollen der Rollenpaare 14 bzw. 15 sind horizontal einstellbar, wie durch die Pfeile 16 angedeutet ist. Die Einstellbarkeit dient dem Schrumpfverhalten und der jeweiligen Guiistrangdicke 11. Zur Bildung des trichterförmigen Eingangs 8 wird die Folie 6 jeweils über mehrere Führungsrollen 17 geführt. Die zusätzlichen Umlenkrollen 18,19 und 20 führen die Folie 6 durch ein Kühlaggregat 21.

Die Oberhitzungsenergie wird hier bereits am Ausguß 2 mittels der Kühlvorrichtungen 50 bzw. der Rührvorrichtung 54 abgezogen. Dementsprechend stellen sich der Badspiegel 51, die Liquiduslinie 52 und die SoIiduslinie 53 wie gezeichnet ein. Die linke Hälfte der Darstellung sieht ein größeres delta ρ als die rechte Hälfte vor.

Gemäß F i g. 3 verläuft die Folie 6 auf der linken Halfte der Darstellung zwischen dem Auslaß 10, d. h. hier der Wandung 3b des Verteilerbehälters 3 im Schlitzabstand 22. Auf der rechten Hälfte der Darstellung ist derselbe Schlitzabstand 22 für die Foiie 6 dargestellt Ein weiterer Unterschied besteht in dem Verlauf der Wandung 3b bis zum GießquDrschnitt 7, so daß die Mischung abrupt hier mit der (gekühlten) Folie 6 in Berührung kommt Die Folie 6 wird zwischen den Rofienpaaren 14,15 mit Kühlmittel beaufschlagt (horizontales Pfeilpaar).

Das Metallband 6a wird nur auf dem durch den Durchmesser bzw. Abstand bestimmten Teilstrangweg 23 mit dem Gußstrang 5 in Berührung gehalten.

Die Folie 6 kann jedoch auch mittels weiterer Kristallisatoren 4 geführt und der Gußstrang 5 kann entsprechend langer gestützt und gekühlt werden. Zur Bildung des Schlitzabstandes 22 ist der Verteilerbehälter 3 heb- und senkbar.

Die Drehgeschwindigkeit der Rollen innerhalb der Roüenpaare 14 und 15 entspricht der Gießgeschwindigkeit Vg. Somit wird auch die Folie 6 mit der Gießge- schwindigkeit Vg bewegt Im übrigen sind wiederum die Abkühlungsbedingungen durch die Kühlvorrichtung 50, die Rührvorrichtung 54, den Badspiegel 51 (Oberhitzungsenergie), die Liquiduslinie 52 und die Soliduslinic S3 erkennbar.

Gemäß Fig.4 kann die Wandung 36 breiter als der Gießquerschnitt 7 gesetzt sein. Die Wandung 3b schützt hier vor zu hohem Wärmeentzug, falls sich schon zwischen der Liquiduslinie 52 und der Soliduslinie 53 eine unerwünscht hohe Anzahl von Kristallen in der Metallschmelze 1 gebildet haben sollten. Es ist selbstverständlich auch hier möglich, wie in der Zeichnung vorgesehen. Wärme über die Elektromagnetspule 54 wieder zuzuführen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1 2 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- Patentansprüche: richtung zum Bandstranggießen von Metallen, insbe sondere von Stahl, bei dem die Metallschmelze aus einer

1. Verfahren zum Bandstranggießen von Metallen, Vorratsmenge in einen Kristallisator geregelt eingeleiinsbesondere von Stahl, bei dem die Metallschmelze 5 tet wird, bei dem ferner das Gußband mit einer Dicke aus einer Vorratsmenge in einen Kristallisator gere- von IG bis 40 mm geregelt ausgezogen wird.

gelt eingeleitet wird, bei dem ferner das Gußband Die Entwicklung einer neuen Technologie zur Pro-

mit einer Dicke von 10 bis 40 mm geregelt ausgezo- duktion von gegossenen Bändern basiert auf der physi-

gen wird, dadurch gekennzeichnet, daß kalisch-technischen Möglichkeit,geforderte Werkstoff-

die Metallschmele (1) in die Vorratsmenge mit 3 bis io eigenschaften am gewalzten Warmband mit einem mini-

10°C"jL)berhitzung eingebracht wird, daß aus der malen Reduktionsgrad von größer 3 aus gegossenem

Vorratsmenge zunächst diese Oberhitzungsenergie Vormaterial erzeugen zu können,

abgeführt wird und daß in den Kristallisator (4) Me- Die klassische Verfahrenslinie Brammenstrangguß

tailschmelze (1) eingeleitet wird, die eine Gesamtvis- (Dicke ca. 200 bis 300 mm)/Warmband (-Vorstraße,

kosität des Zweiphasengebietes Schmelze/Kristall ts -Zwischenstraße, -Fertigstraße) weist dagegen einen

von kleiner 300 Centipoises aufweist Reduktionsgrad von größer 30 auf. Alle anderen Pro-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- duktionslinien, wie Profil-, Nahtlosrohr und Grobblech, zeichnet, da die Oberhitzungsenergie innerhalb der weisen heute bereits einen Reduktionsgrad von 3 bis 10 Vorratsmenge durch Zwangskonvektion der Metall- auf. Die Zielsetzung, den Reduktionsgrad von größer 30 schmelzest) kontrolliert abgeführt wird. 20 auf größer 3 zu verringern, führt zu einer Eliminierung

3. Ver&Sren nach den Ansprüchen 1 oder 2, da- der Vor-und Zwischenstraße und Teilen der Fertigstradurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabfuhr der ße und damit zu einer neuen Technologie, die zur we-Oberhitzungsenergie zeitlich und/oder örtlich ab- sentlichen Kürzung der Verfahrenslinie und damit zur schnittsweise erfolgt Verringerung der Umwandlungskosten zwischen ge-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 25 gossenem Band und fertigem Warmband beiträgt dadurch gekennzeichnet daß die Metallschmelze (1) Der Stand der Technik gliedert sich in folgende Verin der Vorratsmenge bzw. inv Bereich zwischen Vor- fahren, denen grundsätzlich selbständige Bedeutung zuratsmenge und Kristallisator (4) insoweit gekühlt kommt: Das Stranggießen von Metallen wird im Senkwird, daß die. Viskosität des Zweiphasengebietes rechtverfahren und im Horizontalverfahren bei oszillie-Schmelze/Kristall zwischen ein und fünf Centipoises 30 render Kokille bzw. bei einer Relativbewegung zwibeträgt sehen Gußstrang und Horizontal-Stranggießkokiilc-

5. Verfanren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ausgeübt Sodann werden wandernde Kokillen angedadurch gekennzeichnet, daä die in der Vorratsmen- wendet, worunter Pzare von Bändern, Walzen, Ketten ge befindliche Metallschmelze (1) unter Druck ge- u.dgL verstanden werden.

setzt wird. 35 Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu-

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gründe, beim Stranggießen von dünnen Strängen durch dadurch gekennzeichnet, daß in die Vorratsmenge Eingießen in die relativ engen Stranggießkokilten für der Metallschmelze (1) kühlender Schrott bzw. küh- Dünnstränge ein schnelles und möglichst gleichmäßiges lendes Metallpulver kontinuierlich eingegeben wer- Erstarren über den Dünnstrangqufsschnitt zu erzielen, den. 40 Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst, daß die Metallschmelze in, die Vorratsmenge mit nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich- 3 bis 10⁰C Überhitzung eingebracht wird, daß aus der net, daß einem Kristallisator (4) ein Sammelraum Vorratsmsnge zunächst diese Überhitzungsenergie ab-(3a) bzw. ein Verteilerbehälter (3) vorgeordnet sind, geführt wird und daß in den Kristallisator Metallschmeldaß ferner vor dem Sammelraum (3a) bzw. bei einem 45 ze eingeleitet wird, die eine Gesamtviskosität des Zwei-Verteilerbehälter (3) in dessen Umfangsbereich Mit- phasengebietes Schmelze/Kristall von kleiner 300 Centel (54, 50) zum Rühren und/oder Kühlen vorgese- tipoises aufweist Dieses Verfahren führt zu einer hen sind. schnellen und relativ gleichmäßigen Abkühlung über

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- den Querschnitt (res dünnen Stranges mit einer Dicke zeichnet, daß zusätzliche Mittel (54) zum Zuführen 50 von 10 bis 40 mm, so daß die früher üblichen, einige von Wärme vorgesehen sind. Meter langen Sumpfspitzen vermieden werden können.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 oder 8, da- Dementsprechend erhöht sich die Gießgeschwindigkeit, durch gekennzeichnet, daß der Verteilerbehälter (3) so daß das Ausbringen an durcherstarrtem Strangguß im Sammelraum (3aj großflächig gegenüber der Me- wesentlich erhöht werden kann. Der Vorschlag, die in tallschmelzemenge dimensioniert ist. 55 die Vorratsmenge eingebrachte Überhitzungsenergie

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, abzuführen, um dadurch vor und während des Eintredadurch gekennzeichnet, da die Mittel zum Rühren tens in den Kristallisator bereits eine gewisse Menge an aus einer Elektromagnetspule (54) bestehen. Kristallen in der Schmelze zu unterstützen, führt zu ver-

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis schiedenen Ausgestaltungen.

10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zu- 60 Es wird vorgeschlagen, daß die Überhitzungsenergie führen von Wärme aus einer induktiv betreibbaren innerhalb der Vorratsmenge durch Zwangskonvektion Elektromagnetspule (54) bestehen. der Metallschmelze kontrolliert abgeführt wird. Hier

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis wird die Zwangskonvektion z. B. durch Rühren der Me-

11, dadurch gekennzeichnet, daß eine kombinierte tailschmelze erzeugt. Kühl-Heiz-Vorrichtung (50,54) vorgesehen ist. 65 Nach einem anderen, die Erfindung ausgestaltenden

Vorschlag ist vorgesehen, daß die Wärmeabfuhr der

Überhitzungsenergie zeitlich und/oder örtlich abschnittsweise erfolgt.